Буровое оборудования при глубинно-насосной штанговой
.pdfСПБГУАП группа 4736 https://new.guap.ru/i03/contacts
Задание.
Выбор наземного и подземного оборудования при глубинно-насосной штанговой эксплуатации.
1. Выбрать типоразмер станка-качалки и диаметр плунжера насоса
(выбор станка-качалки выполнить для станков-качалок выпускаемых по ГОСТ
5866-84, согласно диаграмм составленных Адониным А.И.).
2.Выбрать типоразмер плунжерного насоса и назначить его рабочие параметры, длину хода плунжера и число качаний в минуту. При выборе типоразмера насоса обратить внимание на заданную глубину, связав её с типоразмером насоса НСН (НГН). При наличии песка в жидкости назначить тип плунжера (Г;К;П;В) и группу посадки. При выборе числа качаний стремиться к минимальному его значению, а при выборе длины хода к максимально возможному значению.
3.Выбрать конструкцию колонны штанг и рассчитать их на выносливость.
4.Выбрать типоразмер НКТ, рассчитать НКТ на прочность (от воздействия страгивающей нагрузки).
5.Определить нагрузки в точке подвеса штанг (по формуле Вирновского
А.С.).
6.Выбрать типоразмер станка-качалки.
7.Определить значения ускорения точки подвеса штанг по уточненной
(приближенной теории) через 150 (00; 150; 300; и т.д. до 1800).
8. Определить мощность привода (по формулам Ефремова, Ларионова,
Плюща).
9. Рассмотреть основные правила эксплуатации СК.
СПБГУАП группа 4736 https://new.guap.ru/i03/contacts
Дано: Глубина установки насоса – 2200м;
количество отбираемой жидкости – 40м3/с;
динамический уровень – 1800м;
содержание песка – 0,1%;
вязкость – 0,2Па |
с |
; |
|
плотность нефти – 890кг/м3;
наружный диаметр обсадной колонны – 0,146м.
Решение.
1.По (1) выберем станок-качалку 8СК-12-3,5-8000 и диаметр плунжера насоса 38мм.
2.Выберем типоразмер плунжерного насоса НСВ2-38-25-35, длина хода
|
S 3,5м, |
|
|
1 |
. |
|
|
|
|
|
|
|||||
плунжера |
|
|
|
|
|
|
n 11мин |
Назначим тип плунжера В (наличие песка). |
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
Группа посадки 2 – с зазором от 0,07 до 0,12мм. |
|
|
|
|||||||||||||
3. В заданных условиях по (1) следует принять |
d 22мм. |
|
||||||||||||||
|
|
|
||||||||||||||
Максимальное значение нагрузок в точке подвеса штанг |
Р |
, Н : |
||||||||||||||
max |
|
|||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
F |
|
|
L |
|
|
|
S n |
2 |
|
|
|
|
||
Р |
|
пл |
|
|
н |
|
|
q |
L b |
|
|
, |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
max |
|
|
10 |
4 |
|
|
ср |
|
|
1440 |
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
где |
b |
– коэффициент потери веса штанг в жидкости: |
|
|
||||||||||||
|
|
|
||||||||||||||
b шт н ,
шт
где |
|
шт |
– плотность материала насосных штанг (стали), |
|
|||
|
|
|
шт 7850кг / м3 .
СПБГУАП группа 4736 https://new.guap.ru/i03/contacts
b |
7850 890 |
0,887 |
|
7850 |
|||
|
|
q |
ср |
|
– вес 1 м принятых штанг диаметром 22мм,
q |
ср |
2,98кг / м. |
|
|
Fпл
– площадь поперечного сечения плунжера,
см |
2 |
|
:
Fпл
d |
2 |
2 |
пл |
0,785 3,8 |
|
|
|
0,785
11,3см |
2 |
|
.
|
|
11,3 890 2200 |
|
|
3,5 112 |
|
|
|
Рmax |
|
|
2,98 2200 0,887 |
|
|
|
9956кг 97668Н. |
|
104 |
1440 |
|||||||
|
|
|
|
|
|
Максимальное напряжение в штангах
d |
шт |
22 |
мм, |
|
|
|
|
max |
, МПа |
|
|
:
|
|
|
|
P |
|
97668 |
257МПа 520МПа. |
||
|
|
max |
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
max |
d |
2 |
0,785 |
|
0,022 |
2 |
0,785 |
|
|
|
шт |
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Условие обеспечения прочности выполняется.
4. Соответственно выбранному диаметру и типу насоса выберем по (1)
диаметр и тип НКТ:
НКТ 73 с высаженными наружу концами.
Величина страгивающей нагрузки резьбового соединения, когда напряжение в нарезанной части материала трубы достигает предела текучести
Qстр
, Н:
Qстр |
|
D b т |
|
, |
|
1 |
D |
ctg |
|||
|
2 l |
|
|||
|
|
|
|
|
|
СПБГУАП группа 4736 https://new.guap.ru/i03/contacts
где |
D |
– средний диаметр резьбы в плоскости первого витка, |
|||
|
|||||
b |
– толщина тела трубы под резьбой в основной плоскости, |
||||
|
|||||
т |
– предел текучести, |
|
т 750МПа; |
||
|
|
|
|
||
|
– коэффициент: |
|
|
||
|
|
|
|||
D 7,17см; b 0,54см;
где
S
S
b,
b
–номинальная толщина стенки трубы
S 6,5мм;
|
5,4 |
0,454; |
||
6,5 |
5,4 |
|||
|
|
|||
l
–угол между опорной поверхностью резьбы и осью трубы,
–угол трения для резьбы, 9о ;
– длина резьбы до основной плоскости, l 4,03см.
15 |
о |
; |
|
Q |
|
3,14 7,17 0,54 750 |
|
|
|
9193кг 89887 Н. |
|||
|
7,17 |
|
|
|
|
|
|||
стр |
|
|
ctg 15 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
1 0,454 |
|
о |
9 |
о |
|
||
|
|
4,03 |
|
|
|
||||
|
|
2 |
|
|
|
|
|
|
|
Напряжения от действия страгивающей нагрузки т , МПа :
т Qстр / F,
где
F 1358мм |
2 |
|
– площадь сечения труб.
т 89887 /1358 66,2МПа т 750МПа,
Условие обеспечения прочности выполняется.
СПБГУАП группа 4736 https://new.guap.ru/i03/contacts
5. Максимальная нагрузка на основе динамической теории по формуле
А.С. Вирновского с учетом собственных колебаний колонны насосных штанг
Р |
, кН : |
max |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
D |
|
|
2 |
S |
|
|
|
|
|
F |
f |
|
|
|
|
|
||
Р |
|
P |
|
|
Р |
|
1/ 3 |
|
пл |
|
|
|
|
|
K |
шт |
Р |
0,3 |
пл |
|
шт |
Р |
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
d |
|
g |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
max |
|
шт |
|
|
ж |
|
|
|
|
|
S |
шт |
|
F |
f |
|
|
ж |
||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
шт |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
тр |
|
|
шт |
|
|
|
|
1 |
|
2 S |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
|
|
2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Р |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
K 2 шт 1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
S |
|
|
|
|
шт |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
2 |
|
|
|
g |
|
|
|
|
|
2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
где Ршт |
|
– сила тяжести колонны штанг, Н: |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||
Р |
|
q |
|
|
L 2,98 2200 6556кг 64314Н; |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||
шт |
ср |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
Р |
ж |
|
– сила тяжести жидкости, находящейся над плунжером, Н:
Р |
D |
2 |
d |
2 |
|
|
L g 0,038 |
2 |
0,022 |
2 |
|
3,14 |
890 2200 9,81 14482 Н. |
|
|
||||||||||||
|
шт |
|
|
|
|
||||||||
ж |
пл |
|
|
4 |
|
|
|
|
|
4 |
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
К, – коэффициенты отношения длин звеньев станка-качалки:
К |
2r |
|
2 1,95 |
1,11; |
|||
S |
3,5 |
||||||
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
; |
|
||
2 |
|
|
|
||||
|
действ |
|
|||||
|
|
|
|
|
|||
где действ – угловое перемещение кривошипа соответствующего моменту максимальной скорости точки подвеса штанг.
Из зависимости vc f получим значение действ 0,52
СПБГУАП группа 4736 https://new.guap.ru/i03/contacts
|
|
|
|
|
0,96, |
|
|
||||
2 0,52 |
|||||
|
|
Fт |
|
|
, |
F |
f |
шт |
|
||
|
т |
|
|
|
|
где Fт – площадь сечения насосных труб, м2:
F |
0,785 D |
2 |
2 |
, |
|
D |
|||
т |
н |
вн |
|
|
где
Dв н
D
–
н |
– наружный диаметр НКТ, м; |
|
внутренний диаметр НКТ, м:
F |
0,785 0,073 |
2 |
0,06 |
2 |
2 |
. |
|
|
|
0,00136 м |
|||||
т |
|
|
|
|
|
|
|
|
0,00136 |
|
0,782. |
|
|||
|
|
|
|||||
|
|
0,00136 0,00038 |
|
|
|
||
шт |
– деформация штанг, м: |
|||||||
|
|
F |
|
g L |
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
2 |
, |
пл |
|
|
f |
|
||||
шт |
|
|
E |
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
шт |
|
шт |
|
где Ешт – модуль упругости материала штанг,
|
|
0,00136 890 9,81 2200 |
2 |
0,72м, |
|
|
|||
|
|
|||
шт |
|
2,1 1011 0,00038 |
|
|
|
|
|
|
Е |
11 |
2,1 10 Па : |
|
шт |
|
– угловая скорость вращения кривошипа, с 1 :
СПБГУАП группа 4736 https://new.guap.ru/i03/contacts
|
n |
|
3,14 11 |
1,15с |
1 |
, |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||
30 |
|
|
30 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
0,038 |
1,15 |
2 |
3,5 |
|
|
0,72 |
64314 0,3 0,75 144 |
||
Р |
|
|
64314 14482 1/ 3 0,96 |
|
|
1,11 0,782 |
||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||
max |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
0,022 |
|
9,81 |
|
|
3,5 |
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
|
1 |
|
|
|
|
1,15 |
2 |
3,5 |
|
|
|
|
0,72 |
|
|
0,782 |
|
|
|
|
||||
|
0,96 |
2 |
|
|
|
2 |
|
|
64314 105кН. |
|
||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
1,11 |
|
|
|
1 |
|
|
|
|
|
|||||||||
|
2 |
|
|
|
|
|
9,81 |
|
|
0,782 3,5 |
|
|
|
|
2 |
|
|
|
|
|||||
6.При глубине установки насоса 2200м, диаметре плунжера насоса 38мм
иколичестве отбираемой жидкости 40м3/сут принимаем в качестве базового типоразмера станок-качалку 8СК-12-3,5-8000 по диаграмме Адонина А.Н.
Техническая характеристика 8СК-12-3,5-8000:
-номинальная нагрузка на устьевой шток, кН
-номинальная длина хода устьевого штока,
-номинальный крутящий момент, кН м
-число ходов балансира в минуту
-масса, кг м
117,8
2,1 - 3,5
78,4
5,2 – 11
20000
7. Определение значений ускорения точки подвеса штанг по уточненной
(приближенной) теории через 15 |
о |
, |
а |
, м / с : |
|
|
|||
|
с |
|
а |
|
2 |
|
r |
|
с |
|
r cos |
|
cos2 |
|
|
|
|
l |
|
|
|
|
|
|
|
2 |
|
|
K |
1,15 |
2 |
1,95 |
1,18 |
|
|
|
r |
|
K |
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
r |
|
1,95 |
0,557 |
|
|
|||||
|
l |
|
3,5 |
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
K |
1 |
|
|
|
|
K |
; |
|
|
|
|
3,04
СПБГУАП группа 4736 https://new.guap.ru/i03/contacts
Получаем: |
ас 3,04 cos 0,557 cos 2 |
|
|
0о |
ас 3,04 1 0,557 1 4,73м / с; |
15о
30о
45о
60о
75о
90о
а |
с |
3,04 0,966 0,557 0,866 4,4м / с; |
|
|
|
а |
с |
3,04 0,866 0,557 0,5 3,48м / с; |
|
|
|
а |
с |
3,04 0,707 0,557 0 2,15м / с; |
|
|
|
ас |
3,04 0,5 0,557 0,5 2,37 м / с; |
|
а |
с |
3,04 0,259 0,557 ,866 0,679 м / с; |
|
|
|
а |
с |
3,04 0 0,557 1 1,69 м / с; |
|
|
|
105
120
135
150
165
180
о
о
о
о
о
о
а |
с |
3,04 0,259 0,557 0,866 2,25м / с; |
|
|
|
а |
с |
3,04 0,5 0,557 0,5 2,37 м / с; |
|
|
|
а |
с |
3,04 0,707 2,15м / с; |
|
|
|
а |
с |
3,04 0,866 0,557 0,5 1,79м / с; |
|
|
|
а |
с |
3,04 0,966 0,557 0,866 1,47 м / с; |
|
|
|
а |
с |
3,04 1,0 0,557 1 1,34 м / с. |
|
|
8. а) Мощность привода
Д.В.:
N |
ПР |
, кВт, |
|
|
определим по формуле Ефремова
|
2 |
|
1 |
СК |
|
|
|
N 0,0409 D |
S n H |
П |
|
|
К |
||
|
|
|
|
||||
|
ПЛ |
|
|
|
|
П |
|
|
|
|
П |
СК |
|
|
|
где Н – высота подъема жидкости, Н 2200 м;
П – КПД подачи, П 0,8;
СК – КПД станка-качалки, СК 0,7;
К– коэффициент уравновешивания, К 1,2; DПЛ – диаметр плунжера насоса, DПЛ 0,038 м.
СПБГУАП группа 4736 https://new.guap.ru/i03/contacts
N 0,0409 0,038 |
2 |
|
|
1 0,8 0,7 |
|
|
3,5 |
11 2200 |
|
|
0,8 1,2 9,52кВт. |
||
|
0,8 0,7 |
|||||
|
|
|
|
|
|
|
б) Мощность по формуле Плюща Б.М. |
N |
ПР |
, кВт : |
|
|
||
|
|
|
N |
n |
k |
k |
|
Р S , |
|
||||
|
|
|
||||||||
|
|
|
|
1 |
|
2 |
ж |
|
||
|
|
|
|
|
|
|
||||
где |
|
– КПД передачи, |
0,97; |
|||||||
|
|
|
||||||||
k |
|
– коэффициент, зависящий от типа станка-качалки, |
||||||||
1 |
||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
k |
2 |
– коэффициент: |
|
|||||||
|
|
|||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
k |
0,12; |
1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
S n |
2 |
|
2 |
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
k |
|
0,2110 |
|
|
|
|
|
0,28 1 0,1 |
|
|
|
|
, |
|
|
|
||||||||||||
|
3 |
2 |
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
3 |
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
DПЛ |
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2 |
|
2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
0,21 10 |
3 |
|
|
|
2 |
|
|
|
|
|
3,5 11 |
|
|
|||||||||||||
k |
|
|
0,8 |
0,28 |
1 0,1 |
|
|
|
|
|
|
|
0,000201. |
|||||||||||||||
2 |
|
|
|
|
38 |
3 |
||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
N |
11 |
|
0,12 0,000201 14482 |
3,5 117кВт. |
|
|||||||||||||||||||||||
0,97 |
|
|||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
в) Мощность привода |
N |
ПР |
, кВт, |
по формуле Ларионова: |
||||||||||||||||||||||||
|
|
|||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
N 1,7 k |
o |
k |
a |
D2 |
|
H S n 10 4 |
N |
, |
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
ПЛ |
|
|
|
|
|
|
|
o |
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
где |
No |
– потери холостого хода станка-качалки, |
No 1,5кВт; |
|||||||||||||||||||||||||
|
|
|||||||||||||||||||||||||||
СПБГУАП группа 4736 https://new.guap.ru/i03/contacts
|
k |
o |
– относительный коэффициент формы кривой крутящего момента на |
||||
|
|
||||||
валу |
|
|
электродвигателя, |
для |
станков-качалок |
с |
балансирным |
уравновешиванием: |
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
3,5 S 2 |
105 |
5,6 n2 |
|
|
|
2 |
||
k |
o |
|
1 |
|
|
|
|
|
1 k |
k |
|
, |
3 |
|
|
4 |
|||||||||
|
|
|
|
10 |
|
|
|
|||||
|
|
|
|
DПЛ |
|
|
|
|
|
|
||
где
шатунов
kk – коэффициент,
станка-качалки, |
k |
k |
|
|
|
||
|
|
|
зависящий от длины плеч балансира и
1,0.
|
|
|
|
3,5 3,5 |
2 |
10 |
5 |
|
|
2 |
|
|
2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
k |
|
|
1 |
|
|
5,6 11 |
1 |
37882. |
||||||
o |
|
|
|
3 |
|
|
|
4 |
1 |
|||||
|
|
|
0,038 |
|
10 |
|
|
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
k |
а |
– поправочный коэффициент, учитывающий влияние деформации |
||||||||||||
|
||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
штанг и труб на величину среднеквадратичной мощности и зависящий от
отношения длины хода плунжера к ходу сальникового штока, |
k |
а |
0,8. |
|||||
|
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
N 1,7 37882 0,8 0,038 |
2 |
2200 3,5 11 10 |
4 |
1,5 |
632кВт. |
|
||
|
|
|
||||||
9. Основные правила эксплуатации СК.
Надежная и безаварийная работа станков-качалок достигается за счет правильного подбора оборудования, который зависит от технологического режима эксплуатации скважины, качественного выполнения монтажных работ, точного уравновешивания, своевременных профилактических ремонтов и смазки.
После пуска станка-качалки в эксплуатацию по истечении первых нескольких дней работы следует осмотреть все резьбовые соединения и